En julio, se publicaron tres noticias sobre diversas modernizaciones en los combustibles y el ciclo del combustible nuclear, cuyo objetivo es mejorar la economía de la generación de energía de las centrales nucleares de diseño ruso y cerrar el ciclo del combustible nuclear.
Adición de actínidos menores
La principal noticia es que por primera vez se cargaron tres elementos combustibles en el reactor de neutrones rápidos BN-800 (instalado en la Unidad 4 de potencia de la central nuclear Beloyarskaya), con la adición de actínidos menores a la composición del combustible. Estos son los elementos más radiotóxicos, emisores de calor y de larga vida media en el combustible nuclear irradiado (SNF).
La base de la composición del combustible de los tres conjuntos combustibles experimentales se basa en MOX, una mezcla de óxidos de uranio y plutonio. Cabe recordar que el BN-800 funciona con combustible MOX desde septiembre de 2022. La característica principal de los conjuntos es la adición de americio-241 y neptunio-237. A finales de 2023, en la Planta de Minería y Química (que forma parte de TVEL, la división de combustibles de Rosatom), se fabricaron y fueron aprobados estos conjuntos combustibles. Su operación industrial piloto se divide en tres microetapas, con una duración total de aproximadamente un año y medio. Su objetivo es confirmar en la práctica la posibilidad de eliminar actínidos menores a escala industrial.
Si se confirma esta posibilidad, la actividad radiactiva y la toxicidad del combustible nuclear gastado se reducirán en 2.300 veces. “El combustible MOX con actínidos menores producido en Rosatom para un reactor industrial de neutrones rápidos no tiene análogos en el mundo y demuestra la capacidad tecnológica fundamental para implementar el componente más importante de los sistemas de energía nuclear de IV generación. El propio combustible de uranio-plutonio permite ampliar la base de materias primas de la energía nuclear y reciclar el combustible gastado en lugar de almacenarlo, reduciendo el volumen de residuos nucleares. Y la utilización de actínidos menores también es una oportunidad para reducir significativamente el nivel de radiactividad de los desechos, lo que permitirá en el futuro abandonar sus complejos y costosos procesos de enterramiento en profundidad”, explica Alexander Ugryumov, Primer Vicepresidente de Actividades Científicas y Técnicas de TVEL.
Rosatom es la primera organización en el mundo que, en el marco del proyecto Breakthrough, está creando los componentes necesarios del sistema de IV generación para cerrar el ciclo del combustible nuclear. En este importante proceso participan las empresas de reprocesamiento del combustible gastado, producción de nuevas porciones de combustible, reactores rápidos, etc. Se trata de un complejo energético de demostración experimental con el reactor BREST-OD-300, así como una nueva unidad con el reactor BN-1200M, que se construirá en la central nuclear de Beloyarskaya.
Combustible en modo maniobra
Los científicos de Rosatom realizaron con éxito el experimento «Maniobra-1», durante el cual estudiaron los parámetros del combustible nuclear diseñado para funcionar en el reactor VVER-1200 en un ciclo de combustible de 18 meses, en el modo de maniobra de potencia diaria. En el reactor de investigación MIR se cargaron elementos combustibles con y sin absorbente de combustión integrado en el combustible. El escenario de prueba simuló maniobras diarias: 7 horas al 40% de potencia (horas nocturnas), 4 horas al 100% (carga matinal), luego la misma cantidad al 40% (disminución diurna) y 9 horas al 100% (carga vespertina). Las pruebas del reactor duraron 224 días efectivos, durante los cuales se completaron 218 ciclos de reducción y aumento de potencia.
Los resultados del experimento confirmaron que el combustible mantiene su integridad y rendimiento en condiciones de múltiples cambios rápidos de potencia. “Se trata de un paso más para corroborar el funcionamiento de los reactores rusos de alta potencia en modo de maniobra. Nuestra investigación industrial suscita un gran interés por parte de los operadores extranjeros de centrales nucleares de diseño ruso”, señala Alexander Ugryumov.
Maniobrar la potencia de las unidades de energía nuclear es importante para los sistemas de energía donde la proporción de generación nuclear o renovable es alta, pero no hay o son insuficientes las plantas de gas o centrales hidroeléctricas, que se utilizan tradicionalmente cuando cambia la carga en el sistema de energía.
18 meses desde el primer día
TVEL ha iniciado la ejecución de un contrato para el suministro de combustible nuclear a las Unidades 3 y 4 de la central nuclear de Kudankulam, ubicada en la India. Este combustible está diseñado para 18 meses de funcionamiento desde la primera carga.
Previamente, los reactores VVER-1000, instalados en las unidades de energía de Kudankulam, se cargaban con combustible y funcionaban en un ciclo de 12 meses. Pero a partir de 2022, TVEL suministrará combustible TVS-2M a las dos primeras unidades. Tiene un diseño rígido con un filtro antidesechos de nueva generación y una mayor masa de uranio. Debido a la mayor confiabilidad y capacidad de uranio, las unidades cambiaron a un ciclo operativo de 18 meses, lo que redujo el número de días de inactividad y, por lo tanto, aumentó la producción y el rendimiento económico de la unidad.
“Las unidades de la segunda etapa de la central nuclear de Kudankulam con reactores VVER-1000 serán las primeras de la historia en funcionar inmediatamente en un ciclo de combustible de 18 meses. Este es el resultado de nuestra exitosa cooperación en los últimos años. En las unidades de energía existentes de Kudankulam se probaron soluciones que ya se implementaron en unidades de energía similares en Rusia y China. Rosatom no sólo suministra combustible nuclear, sino que también presta servicios de ingeniería, mejorando la economía de las unidades de energía mediante nuevas soluciones para el ciclo del combustible”, afirma la Presidenta de TVEL, Natalia Nikipelova.
